石墨烯/铜纳米复合材料的划痕力学性能研究

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石墨烯是一种低维碳结构,具有优异的物理性能,被认为是21世纪的新型材料。近年来,石墨烯以其独特的结构迅速引起了广泛地关注,并且成为材料科学和凝聚态物理等领域的研究热点。石墨烯/金属复合材料是石墨烯应用的重点研究方向之一。石墨烯/金属复合材料在性能研究方面仍然处于初步探索阶段,在材料应用领域存在诸多挑战。随着分子动力学方法的逐渐成熟,石墨烯/铜纳米复合材料基本力学性能的研究也更加深入。本文采用分子动力学方法,通过分析材料的破坏机制、位错变化来研究石墨烯在材料中所起到的重要作用。本文中,分别建立了单晶铜、石墨烯/铜纳米复合材料划痕的分子动力学模型。应用数值模拟方法研究了单晶铜、石墨烯/铜复合材料在划痕作用下的变形机制、位错形成机理等力学性能。深入探讨了石墨烯位置、石墨烯层数、划痕深度以及划痕速度对石墨烯/铜复合材料划痕力学性能的影响。并得出结论:与单晶铜相比较,石墨烯的加入提高了复合材料的摩擦阻力;石墨烯层数越多的复合材料的力学性能越好;压头压入铜基体的深度越深,位错分布范围越大,分布深度也越深;石墨烯离铜基体表面的垂直距离越大对复合材料的划痕性能起到的增强作用越强。划痕阶段,压头在一定的速度范围内,速度越大,石墨烯/铜复合材料的压头前沿位错隆起高度越高,位错范围越大,摩擦阻力也越大。
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